高精度大型宇宙構造システムの開発研究 高精度形状計測技術の開発研究 岩佐貴史，牧恒男，原田卓（鳥取大），岸本直子，亀井宏貴（摂南大），樋口健，相原弘匡（室蘭工大） 藤垣元治，吉川隆章（和歌山大），小木曽望（阪府大），田中宏明（防衛大），石村康生，河野太郎，神谷友裕 (JAXA) 古谷寛，坂本啓，佐藤泰貴（東工大），中篠恭一（東海大），荻芳郎（東大），泉田啓（京都大），仙場敦彦（名大） 各種高精度計測法の開発と計測精度検証 格子投影法による白色平板＆ハニカムパネルの表面形状計測 レーザーによる高精度変位計測システム 計測状況 白色塗料（G13GP:6N/L01）付平板モデル＆ハニカムパネル レー ザ ー 変 位 計 測 結 果 LDL(Long Displacement-meter with Long-working-distance) システムの概要 誤差部分布 計測結果 3000 .2 z position [mm] z position [mm] 3000. 2 3000. 1 3 000 2999. 9 2999. 8 -60 -4 0 -2 0 0 20 40 60 3000 .1 3000 2999 .8 -60 横方向断面 計測状況 -40 -20 0 20 40 実験結果 実験装置 縦方向断面 ハニカムパネルの形状計測 60 y position [m m] 縦方向断面 • 白色平板モデルの計測精度：40μm RMS • ハニカムパネルの計測結果：短波長のノイ ズが発生するが，約0.6mm振幅のディンプ ル形状を計測可能 白色塗料（G13GP:6N/L01）付平板モデルの形状計測 試験コンフィグレーション 横方向断面 拡大図 2999 .9 x position [mm] 格子投影法の計測誤差の除去法の検証 提案するノイズ除去法 DLT 法 の 誤 差 モ ー ド に キ ャ リ ブ レーション誤差が与える影響 • 系統誤差：2DFFTによるバンドパスフィルター • 偶然誤差：Wiener フィルター ノイズ除去前 -2 9 8 0 Me a su re m en t Ide a l S ur fa ce z pos ition [ mm ] z pos it ion [ mm] ASTRO-H熱変形試験における試験結果 - 2 9 80 .6 - 2 9 80 .9 - 2 9 81 .2 - 2 9 81 .5 -60 -4 0 -2 0 0 20 40 y posi tion [ mm] ノイズ除去前 計測精度： 2.7μm@5m を達成 ASTRO-H熱変形試験のコンフィグレーション キャリブレーション誤差の設定 計測状況 ノイズ除去後 -2 9 8 0 - 2 9 80 .3 60 - 2 9 80 .3 Me a su re m en t Ide a l S ur fa ce 理想球面 - 2 9 80 .6 計測状況 - 2 9 80 .9 検証結果 - 2 9 81 .2 - 2 9 81 .5 -50 -3 0 -1 0 10 30 50 y posi tion [ mm] ノイズ除去後 球面ミラーモデルの形状計測 計測結果 70 • 除去前：158μmRMS • 除去後： 53μmRMS Zernike mode 6 キャリブレーション誤差と計測誤差モードの変化 影響を受け易いモード ターゲット 大型宇宙構造物を対象とした形状計測法の提案 計測精度の検証実験 プラズマテ レビ 42型 ミラーモデル 基準面 基準面 提案する計測法の概要 提案する計測法の特徴 • • • • • 面計測法の計測範囲を限定するため精度の劣化を回避 • 計測システムの複数化により短時間計測にも対応可能 大型宇宙構造システムを部分領域に分割 分割した領域毎に面計測法で計測 計測した各領域の面形状の計測結果を統合 大型宇宙構造システムの全視野形状を復元 円形状の 構造システム L [m] 小領域毎に計測 移動 領域2_Data 結合 移動 部分領域の結合法 • • • • 座標 変換 領 域1_Data 実験コンフィグレーション レーザー トラッカー 面計測のキャリブレーション冶具に基準点を設置 基準点を高精度離散点計測法で測定 部分領域間の座標変換行列を計算 座標変換行列を利用して部分領域計測データを結合 理想球面を利用して 一致度を評価 結合精度評価法の概念図 キャリブレーションと計測概念図 検証方法の概要 -2980 領域1 z position [mm ] 領域3 領 域2 Li [m] y3 球面ミラーモデルの計測状況 y1 z3 Subregion 1 x position [mm ] z2 Subregion 3 • 基準点を設置した冶具 を移動 させて キャリ ブレ ーシ ョンを実 施 • 領域１（座標変換後） -2979.5 x2 z1 Subregion 2 -2981 -2981.5 -100-80-60-40-20 0 20 40 60 80 100 y2 Li [m] -2980.5 z position [m m] L [m] z position [mm ] move Calibration Jig Reference Point move -2980 -2980.5 -2981 -2981.5 -100-80-60-40-20 0 20 40 60 80 100 y position [mm ] 計測結果（領域１） 10 9 8 7 6 5 4 3 2 1 0 -150 領域２ Region 1 Region 2 結合精度： 180μmRMS -100 -50 0 50 y position [mm] 結合後のミラーモデル横断面 領域１と領域２の結合結果 計測結果（領域１） 基準点は面計測法の空間座標 系の下では不動点 回転 計測装置 計測法の概略図 今後の課題 結合前の計測結果 Shape Measurement Point Measurement 本計測法のキャリブレーション概略図 • 格子投影法座標系とレーザートラッカー座標系の相対的位置関係の高精度推定法の構築 • 結合精度の高精度化 パーティションパネルの計測状況 研究成果 レーザーによる高精度変位計測システム → 計測精度 2.7μm@5mを達成 格子投影法によるハニカムパネル表面形状計測 → 約0.6mm振幅のディンプル形状を計測可能 格子投影法による白色塗料（G13GP:6N/01）付平板モデル形状計測 → 40μmRMSを達成 キャリブレーションに起因するDLT法の誤差モード → Zernikeモード6に影響 大型宇宙構造システムの形状計測 → 計測精度50μmRMS，結合精度180μmRMSを達成 結合結果 特徴部分の拡大
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